Розрахунок і проектування пасивних елементів коливальних систем

Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки

Кафедра електронної техніки і технології

РЕФЕРАТ

На тему:

«Розрахунок і проектування пасивних елементів

коливальних систем »

МІНСЬК

2008

Хвилеводи

Хвилеводи - стрижні або трубки постійного перерізу, що зв'язують перетворювач з навантаженням. Як навантаження може бути концентратор, перетворювач коливань, інструмент або технологічне середовище. Хвилевід як узгоджувальний елемент може бути включений в будь-яке місце цього ланцюжка.

Призначення:

1. Узгодження механічного опору зовнішнього навантаження (інструменту, технологічного середовища) з внутрішнім опором активного елементу.

2. Кріплення коливальної системи в технологічній машині або іншому пристрої.

Будь-хвилевід характеризується величиною затухання, добротністю, коефіцієнтом посилення, резонансної довжиною і зсувом фаз на резонансній частоті.

Хвилевід однорідний

Малюнок 1 - Хвилевід однорідний.

l _p - резонансна довжина хвилеводу;

d ₁ - діаметр хвилеводу (при іншому перетині розміри визначають поперечну площу хвилеводу).

, (1)

де с - швидкість звуку в матеріалі хвилеводу, м / с,

f ₀ - резонансна частота випромінювача, Гц,

n = 1, 2, 3 ... - ціле число.

Зрушення фаз: .

Хвилевід із зосередженою на кінці масою

Малюнок 2 - Хвилевід з зосередженої на кінці масою

При і ,

(2)

, (3)

де φ - зрушення фаз на торцях хвилеводу;

k ₀ - хвильове число.

Хвилевід із зосередженою масою в будь-якій точці

Малюнок 3 - Хвилевід із зосередженою масою в будь-якій точці.

За умови, що і ,

де f ₀ - резонансна частота коливальної системи;

f _p - резонансна частота хвилеводу.

(4)

З огляду на те, що механічні втрати в перетворювачі (активному елементі) більше, ніж у концентраторе, частоту концентратора вибирають нижче, а частоту пакету вище резонансної частоти коливальної системи.

Таблиця 1 добротності деяких матеріалів на частоті f ₀ = 20,0 кГц.

Концентратори пружних коливань

Концентратори пружних коливань - служать для посилення коливань перетворювача (трансформатори швидкості), для трансформування опору механічного навантаження (середовища) до значення близького до оптимального внутрішньому опору активного елементу (Трансформатори опорів, а також для перетворення одного виду коливань в іншій).

Поглинання енергії пружними середовищами описується рівнянням

, (5)

де I ₀ - підводиться енергія;

I - енергія на виході пристрою;

X - акустична довжина шляху в пристроїв;

α _П - коефіцієнт поглинання акустичної енергії в середовищі.

Якщо енергія розсіюється в основному у вигляді тепла, то для деяких матеріалів коефіцієнт поглинання акустичної енергії можна оцінити з таблиця 2

Таблиця 2 Коефіцієнт поглинання для деяких матеріалів.

Обмеження при проектуванні концентраторів

З огляду на те, що втрати акустичної енергії в перетворювачі більше, ніж у пасивному елементі, частоту пасивного елемента вибирають нижче резонансної f = (0,8 ... 0,9) f _0, а частоту перетворювача вище резонансної f = (1,1 ... 1, 2) f _0.

Максимально допустимі амплітуди зсуву на торці концентратора, виходячи з втомної міцності, не повинні перевищувати (у мм):

- У східчастих ;

- У конусного ;

- Каплевидного ;

_σ-1р - втомна міцність матеріалу (кгс / мм ^2).

Для:

Ст. 10 160 ... 220 МПа

Ст. 20 200 ... 250 МПа

Ст. 45 250 ... 340 МПа

40 Х 320 ... 380 МПа

40 ХНМА 500 ... 700 МПа

D 16 115 ... 120 МПа

ВТ 3-1 480 ... 500 МПа

Розрізняють такі основні типи концентраторів: східчастий, експонентний, конусний, катеноідальний, каплевидний.

Східчастий концентратор

Малюнок 4 - Східчастий концентратор.

(6)

Переваги:

1. Простий у розрахунку та виготовленні.

2. Забезпечує великий коефіцієнт підсилення.

Недоліки:

1. Низька механічна міцність в місцях переходу.

2. Гостра чутливість до навантаження.

Експоненціальний концентратор

Малюнок 5 - Експоненціальний концентратор.

(7)

Переваги:

1. Забезпечує високий коефіцієнт підсилення.

2. Стійкий до навантаження.

3. добре прораховується.

Недоліки:

1. Складний у виготовленні.

Конусний концентратор

Малюнок 6 - Конусний концентратор.

(8)

Переваги:

1. Стійкий у роботі.

2. Простий у виготовленні.

Недоліки:

1. Коефіцієнт посилення менше ніж у двох перших.

Катеноідальний концентратор

Малюнок 7 - Катеноідальний концентратор.

, (9)

де v - найменший позитивний корінь рівняння,

.

Каплевидної концентратор

Рисунок 8 - Каплевидної концентратор.

Складається з трьох частин. Ділянки 1 і 3 являють собою частини звичайного східчастого концентратора. На ділянці 2 механічне напруження максимальне і однаковий за величиною.

(10)

Переваги:

1. Високий коефіцієнт посилення.

2. Простий розрахунок.

3. Стійкий у роботі.

4. Висока рівномірність механічних напружень.

Недоліки:

1. Щодо складний у виготовленні.

ЛІТЕРАТУРА

1. Проектування радіоелектронних засобів: Учеб. посібник для вузів / О. В. Алексєєв, А. А. Головков, І. Ю. Пивоваров та ін; Під ред. О. В. Алексєєва. - М.: Вищ. шк., 2000. - 479 с.

2. Технологія радіоелектронних пристроїв і автоматизація виробництва: Підручник / А.П. Достанко, В. Л. Ланін, А.А. Хмиль, Л.П. Ануфрієв; За заг. ред. А.П. Достанко. - Мн. Обчислюємо. шк., 2002

3. Довідник конструктора РЕА: Загальні принципи конструювання / Под ред. Р.Г. Варламова. - М.: Радіо, 2000.